摘要
循环冷却水系统广泛应用于化工、石油等行业领域中，由于循环水流经换热壁后浓缩倍数增加，系统中成垢离子浓度也随之增加，水垢在换热器表面的沉积会导致换热效率降低和管路腐蚀等问题。因此，有效控制循环水系统中水中硬度离子浓度是保障系统安全稳定运行的关键措施。电化学法作为一种“环境友好型”型除垢技术，不仅能有效降低水体硬度浓度，还有防止管道腐蚀的作用。 本文提出了一种电化学-微滤耦合反应体系，以Ti/SnO2-Sb2O5-RuO2-IrO2钛滤膜为阴极，利用电解营造的局域强碱性和本身的微滤功能，同步实现钙硬度的高效结晶与分离。膜反洗阶段，经倒极后，钛滤膜转换为阳极，其原位电解产生的H+能够溶解附着在膜表面和孔道内的水垢，实现水垢的剥离。结果表明：膜孔径越小，钙硬度去除率越高，以孔径为2μm的钛滤膜作阴极时，钙硬度去除率可达79%。电化学装置中PTFE微滤膜的存在能有效减缓阳极产生的H+向阴极室的扩散速率。电流密度从1mAxm-2增加到5mA cm-2时，钙硬度去除率从28%增加至86%，但电流密度进一步增加至10mA cm-2后，钙硬度去除率下降至78%。当[HCO3-]/[Ca2+]摩尔比从0.7:1提升至1.4:1时，钙硬度去除率从53%增加至83%。当流速从5mL min-1增加到20mL min-1时，钙硬度去除率从84%下降至46%，能耗由3.06kWh/kgCaCO3降为1.38kWh/kgCaCO3。X R D和S E M分析表明，钛滤膜表面富集的CaCO3主要为方解石晶型。钛滤膜表面滤饼形成和膜孔内堵塞是引起钛滤膜污染的主要机制，经极性反转后，阴极附着的水垢层可以溶解脱落，膜通量恢复。 在此基础上，考察复杂水体中各组分的存在对电化学-微滤耦合工艺除硬性能的影响。随着电导率的不断增加钙硬度去除率变化不大。Mg2+的存在会显著抑制硬度的去除，M g2+浓度从100mg L-1增加到400mg L-1时，总硬度去除率从73%减少至63%，钙硬度去除率从57%降低到48%。水体中的SiO32_对钙硬度的去除没有影响。水体中阻垢剂浓度越高，钙硬度去除率越低，阻垢效率越高。在磷浓度为5mg L-1的EDTMPA阻垢剂存在时，阻垢率为43%，钙硬度去除率为46%。电化学反应体系能够去除15%左右的M g2+，但对SiO324P磷的去除效果不大。 电化学-微滤耦合工艺除硬过程主要由电子驱动，在较低能耗下能够实现较高的钙硬度去除率，是一种绿色、高效的水处理技术，同时可利用钛滤膜极性反转后作为阳极电解产生H+清洗水垢的这一技术代替传统的使用膜清洗剂的脱垢技术，为循环水系统中硬度离子的去除提供了新思路。
NETL